浅谈光伏发电储能充电一体化技术的应用

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：随着我国社会经济的不断发展，光伏发电逐步成为人们节约能源、保护环境的主要方式。相比传统的火力发电，光伏发电的优势更大，其不仅可以推进电力电网、新能源、电动汽车等产业的进步，还可以助力我国实现可持续发展的战略目标。就目前来看，光伏发电系统逐步呈现出储能、充电一体化的发展趋势，为相关产业的技术应用提供了很大便利。然而，部分技术人员对光伏发电储能充电一体化的理解不够透彻，致使光伏发电储能充电一体化技术难以在实践*发挥应有的作用。基于此，文章以光伏发电储能充电一体化技术为研究对象，针对其原理、特点、应用意义展开了探讨，分析了其具体应用，以期提升光伏发电储能充电一体化技术的应用水平。

关键词：光伏发电；储能技术；充电技术；一体化技术

0引言

电力资源是现代化社会发展过程*不可或缺的资源，它的存在具有重要意义。传统的发电方式以火力发电为主，这种方法虽然可以在一定程度上缓解电力资源需求量大的问题，但会对环境造成不利影响。在工业技术飞速进步、温室效应越发显著的，如何在电力能源的生产、利用方面实现绿色发展成为人们关注的问题。大量实践表明，光伏发电技术可以起到良好的作用，通过光伏发电储能充电一体化技术，能源需求问题可以得到更好的缓解。

1光伏发电储能充电一体化技术概述

1.1光伏发电储能充电一体化技术的原理

我光伏发电储能充电一体化技术是我国科研人员在经过多年实践、探索后形成的技术。光伏发电储能充电一体化技术的核心表现是光伏发电储能充电一体化系统，该系统包括光伏发电组件、储能电池及充电桩等。其*，光伏组件可以通过太阳能电池板的光伏效应将光能转化为系统所需要的电能，光伏发电储能充电一体化系统会将这些电能储存至电池组*。在有需求的情况下，技术人员可以通过逆变器将直流电转换为交流电，从而满足充电需求。由此可见，光伏发电储能充电一体化系统主要由三个环节构成，即光伏发电、储能和充电。技术人员应当把控好三个环节的要点，以实现光伏发电储能充电一体化技术的应用。

1.2光伏发电储能充电一体化技术的特点

光伏发电储能充电一体化技术的特点可以被归纳为以下两个方面：一方面，光伏发电储能充电一体化技术具有可持续发展的特点。另一方面，相比传统的

火力发电，光伏发电储能充电一体化技术具有可再生的优势。同时，经由光伏发电技术生产电力能源，不会对周边的空气环境造成破坏，也无须煤炭等资源的参与。

1.3光伏发电储能充电一体化技术的应用意义

（1）有利于推动光伏发电技术的发展。在电力能源需求量日益加大、环境保护局势越来越迫切的，有必要加强对光伏发电储能充电一体化技术的研究与利用，提升电能利用率，减轻电网压力。

（2）有利于促进电动汽车的发展。电动汽车作为一种环保的交通工具，其可以为驾驶者带来更加舒适的驾驶体验，为乘客带来更好的出行体验，而光伏发电储能充电一体化技术的应用能为电动汽车的发展提供助力，主要表现为其可以很好地满足电动汽车的充电需求。

（3）有利于推进新能源的智能化发展。光伏发电储能充电一体化技术可以让技术人员更好地控制光伏发电系统和储能电池，还可以为充电提供更多便利。由此可见，光伏发电储能充电一体化技术的应用意义较大。

2光伏发电储能充电一体化技术的应用

本在光伏发电储能充电一体化技术的应用*，光伏发电储能充电一体化系统十分重要。在对相关文献资料进行查阅后，可以发现光伏发电储能一体化的应用范围较为广阔，涵盖多个领域，包括且不限于公共停车场、商业建筑、社区充电站及紧急救援等

2.1在公共停车场*的应用

近些年，我国社会经济呈现稳步上升、人民群众生活质量显著提升的状态，公共停车场的建设成为刚需。由于公共停车场在运作期间会消耗大量的电能，因此我国技术人员及有关部门加强了对公共停车场的关注，并企图通光伏发电储能充电一体化技术解决其电力损耗过大、电力供给不稳定等问题。一般情况下，技术人员会结合光伏发电储能充电一体化系统的应用要求，在公共停车场屋顶安装光伏发电设备，再通过光伏发电设备收集太阳能，将太阳能转化为公共停车场所需要的电力能源，以满足公共停车场的运作要求。光伏发电储能充电一体化技术不仅可以有效将电力能源供给公共停车场的通风与照明系统，还可以将剩余电力存储起来，以备不时之需。比如，技术人员可以尝试在公共停车场内安装充电桩。一旦电动汽车出现电力能源不足的情况，就可以在停车的同时实现电力能源的补充。的来讲，光伏发电储能充电一体化在公共停车场*的应用十分必要，其可以在减少公共停车场建设、运营成本的同时，为人民群众提供更多便利，创造更多环保效益与经济效益。

2.2在商业建筑*的应用

商业建筑是电力能源损耗的大户，特别是在我国人民群众越发偏重娱乐、休闲的情况下，商业建筑的数量日益攀升。从整体角度来看，商业建筑普遍具有屋顶面积大的特点，这为光伏发电储能充电一体化系统的应用创造了有利条件。技术人员只需要在商业建筑的屋顶安装光伏发电设备，便可以实现对太阳能资源的采集与转化。为进一步吸引客源，商业建筑的管理人往往会要求施工单位在周边或商业建筑的地下停车场设置充电桩，从而为路过或在商业建筑进行消费的车主提供充电服务。同时，商业建筑的管理人还可以通过光伏发电储能充电一体化系统减少电网负荷与电费支出。由此可见，光伏发电储能充电一体化系统可以有效减少商业建筑的运营成本。因此，有必要加强光伏发电储能充电一体化系统在商业建筑*的应用。

2.3在社区充电站*的应用

社区是社会有机体基本的内容，也是社会群体聚集在某一区域内所形成的大集体。基于人民群众的生活需求及社会的发展需要，在社区内应用光伏发电储能充电一体化系统、构建社区充电站已经成为基本的方向。技术人员需要提前进行规划，将日照充足的区域作为光伏发电设备安装的备选区域。随后，技术人员需要与业主或社区管理人展开沟通，协调多方，科学确定光伏发电设备的安装区域，再实施相关作业。通过光伏发电储能充电一体化系统，太阳能可以被转化为充电所需要的电力能源，满足社区成员的需求。在有条件的情况下，技术人员还可以在社区充电站*配备大容量电池储能系统，这样可以有效解决电网负荷波动的问题，增强电力能源输送的稳定性及安全性。实践表明，光伏发电储能充电一体化系统的运用可以有效减少社区的电力能源消耗，还可以为社区成员提供便捷的充电服务。因此，有必要增加对社区充电站的建设，切实发挥光伏发电储能充电一体化系统的实际作用。

2.4在紧急救援中的应用

光伏发电储能充电一体化系统可以独立运行，不会受到外部电力网络的影响，因而可以被应用于紧急救援*。就目前来看，光伏发电储能充电一体化系统在紧急救援中的应用主要可以被归纳为以下两种：

（1）危险场所的电力供应。当出现无法预知的灾难时，处于灾难*心的人往往面临电力供应受限或电力能源*断的问题，而光伏发电储能充电一体化系统可以在此刻发挥作用，为受灾区域提供电力供给，保障紧急救援行动的顺利进行。同时，光伏发电储能充电一体化系统还可以为受灾群众提供充电服务，以便受灾群众与外界联络。

（2）当灾难发生后，救援者可以通过光伏发电储能充电一体化系统获取的电力能源，保障日常生活及救援需求。

3光伏发电储能充电一体化技术的应用案例

为促进城镇地区的经济发展，我国在近些年逐步尝试将光伏发电储能充电一体化技术应用于实践。就目前来看，光伏发电储能充电一体化技术的应用案例主要表现为光伏发电储能充电一体化充电站的建设。传统的充电站存在效率低、充电不便等缺陷，不利于城镇地区的经济发展。为改善这种情况，有关部门积极完善相关的基础设施，以期将光伏发电储能充电一体化充电站建设于城镇地区，为电动汽车的充电、新能源技术的发展提供便利。光伏发电储能充电一体化充电站的设计与建设需要考虑三个方面的内容，即光伏发电系统、储能系统及充电站。其*，光伏发电系统与储能系统的设计与建设为关键，二者会直接影响充电站的整体运作质量。此外，技术人员还需要合理设计充电站。一般情况下，充电站由若干充电桩构成。因此，技术人员需要合理配备交流充电桩与直流充电桩，满足电动汽车的充电需求。在城镇地区建设光伏发电储能充电一体化充电站，难点在于选址。技术人员需要充分发挥自身的*性，将光照资源、土地资源充足的区域列为区域，这样可以有效降低光伏发电储能充电一体化充电站的建设难度。同时，技术人员应结合当地的自然地理环境与气候条件，灵活选择建筑材料与建筑结构形式。

例如，某区域的光伏发电储能充电一体化充电站建设在气候相对寒冷、光照充足且土地资源多的区域，技术人员可以将光伏板作为主要的建筑材料，打造光伏发电储能充电一体化充电站。由于该光伏发电储能充电一体化充电站的主要作用在于为电动汽车提供电能，因此技术人员应从电动汽车对电力能源的需求视角出发，为电动汽车提供便利。具体来讲，技术人员在设计光伏发电储能充电一体化充电站时，需要秉持科学性、合理的原则。一方面，技术人员需要有机结合光伏发电系统与储能系统；另一方面，技术人员需要合理选择储能电池。储能电池的选择要兼顾多方面需求，包括但不限于电动汽车的充电需求、当地的自然地理环境、市场前景等。综合考虑上述因素后，技术人员可以得到相对可靠的确定标准，确保储能电池选择的实效性。

在此基础上，技术人员需要对光伏发电储能充电一体化充电站的各种设备进行科学、合理的配置。在选用充电站设备时，技术人员应深入市场，明确市面上常见的设备类型，从*选出运作安全、稳定、性能突出的设备，将之投入实际应用，降低设备的故障概率，为光伏发电储能充电一体化充电站的正常运作提供保障。在光伏发电储能充电一体化充电站建设完毕后，技术人员需要对其采取验收、试运行等工作。在验收时，技术人员主要判断光伏发电储能充电一体化充电站的建设成果是否满足标准、行业标准、当地政策要求及用户要求。在试运行时，技术人员主要针对光伏发电储能充电一体化充电站的各项技术参数进行检查，判断其是否符合电动汽车的充电标准及技术规

范要求。当验收、试运行成效符合预期时，技术人员便可以将光伏发电储能充电一体化充电站投入实际应用，推进当地的经济、新能源发展。由此可见，技术人员应想方设法加大光伏发电储能充电一体化充电站的建设力度。

4 Acrel-2000MG充电站微电网能量管理系统

4.1平台概述

Acrel-2000MG微电网能量管理系统，是我司根据*电力系统下微电网监控系统与微电网能量管理系统的要求，结国内外的研究和生产的经验，专门研制出的企业微电网能量管理系统。本系统满足光伏系统、风力发电、储能系统以及充电站的接入，*进行数据采集分析，直接监视光伏、风能、储能系统、充电站运行状态及健康状况，是一个集监控系统、能量管理为一体的管理系统。该系统在安全稳定的基础上以经济优化运行为目标，促进可再生能源应用，提高电网运行稳定性、补偿负荷波动；有效实现用户侧的需求管理、消除昼夜峰谷差、平滑负荷，提高电力设备运行效率、降低供电成本。为企业微电网能量管理提供安全、可靠、经济运行提供了全新的解决方案。

微电网能量管理系统应采用分层分布式结构，整个能量管理系统在物理上分为三个层：设备层、网络通信层和站控层。站级通信网络采用标准以太网及TCP/IP通信协议，物理媒介可以为光纤、网线、屏蔽双绞线等。系统支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-4-101、IEC60870-4-103、IEC60870-4-104、MQTT等通信规约。

4.2平台适用场合

系统可应用于城市、高速公路、工业园区、工商业区、居民区、智能建筑、海岛、无电地区可再生能源系统监控和能量管理需求。

4.3系统架构

本平台采用分层分布式结构进行设计，即站控层、网络层和设备层，详细拓扑结构如下：

图1典型微电网能量管理系统组网方式

5充电站微电网能量管理系统解决方案

5.1实时监测

微电网能量管理系统人机界面友好，应能够以系统一次电气图的形式直观显示各电气回路的运行状态，实时监测光伏、风电、储能、充电站等各回路电压、电流、功率、功率因数等电参数信息，动态监视各回路断路器、隔离开关等合、分闸状态及有关故障、告警等信号。其*，各子系统回路电参量主要有：相电压、线电压、三相电流、有功/无功功率、视在功率、功率因数、频率、有功/无功电度、频率和正向有功电能累计值；状态参数主要有：开关状态、断路器故障脱扣告警等。

系统应可以对分布式电源、储能系统进行发电管理，使管理人员实时掌握发电单元的出力信息、收益信息、储能荷电状态及发电单元与储能单元运行功率设置等。

系统应可以对储能系统进行状态管理，能够根据储能系统的荷电状态进行及时告警，并支持定期的电池维护。

微电网能量管理系统的监控系统界面包括系统主界面，包含微电网光伏、风电、储能、充电站及体负荷组成情况，包括收益信息、天气信息、节能减排信息、功率信息、电量信息、电压电流情况等。根据不同的需求，也可将充电，储能及光伏系统信息进行显示。

图1系统主界面

子界面主要包括系统主接线图、光伏信息、风电信息、储能信息、充电站信息、通讯状况及一些统计列表等。

5.1.1光伏界面

图2光伏系统界面

本界面用来展示对光伏系统信息，主要包括逆变器直流侧、交流侧运行状态监测及报警、逆变器及电站发电量统计及分析、并网柜电力监测及发电量统计、电站发电量年有效利用小时数统计、发电收益统计、碳减排统计、辐照度/风力/环境温湿度监测、发电功率模拟及效率分析；同时对系统的功率、电压电流及各个逆变器的运行数据进行展示。

5.1.2储能界面

图3储能系统界面

本界面主要用来展示本系统的储能装机容量、储能当前充放电量、收益、SOC变化曲线以及电量变化曲线。

图4储能系统PCS参数设置界面

本界面主要用来展示对PCS的参数进行设置，包括开关机、运行模式、功率设定以及电压、电流的限值。

图4储能系统BMS参数设置界面

本界面用来展示对BMS的参数进行设置，主要包括电芯电压、温度保护限值、电池组电压、电流、温度限值等。

图6储能系统PCS电网侧数据界面

本界面用来展示对PCS电网侧数据，主要包括相电压、电流、功率、频率、功率因数等。

图7储能系统PCS交流侧数据界面

本界面用来展示对PCS交流侧数据，主要包括相电压、电流、功率、频率、功率因数、温度值等。同时针对交流侧的异常信息进行告警。

图8储能系统PCS直流侧数据界面

本界面用来展示对PCS直流侧数据，主要包括电压、电流、功率、电量等。同时针对直流侧的异常信息进行告警。

图9储能系统PCS状态界面

本界面用来展示对PCS状态信息，主要包括通讯状态、运行状态、STS运行状态及STS故障告警等。

图10储能电池状态界面

本界面用来展示对BMS状态信息，主要包括储能电池的运行状态、系统信息、数据信息以及告警信息等，同时展示当前储能电池的SOC信息。

图11储能电池簇运行数据界面

本界面用来展示对电池簇信息，主要包括储能各模组的电芯电压与温度，并展示当前电芯的电压、温度值及所对应的位置。

5.1.3风电界面

图12风电系统界面

本界面用来展示对风电系统信息，主要包括逆变控制一体机直流侧、交流侧运行状态监测及报警、逆变器及电站发电量统计及分析、电站发电量年有效利用小时数统计、发电收益统计、碳减排统计、风速/风力/环境温湿度监测、发电功率模拟及效率分析；同时对系统的功率、电压电流及各个逆变器的运行数据进行展示。

5.1.4充电站界面

图13充电站界面

本界面用来展示对充电站系统信息，主要包括充电站用电功率、交直流充电站的功率、电量、电量费用，变化曲线、各个充电站的运行数据等。

5.1.5视频监控界面

图14微电网视频监控界面

本界面主要展示系统所接入的视频画面，且通过不同的配置，实现预览、回放、管理与控制等。

5.1.6发电预测

系统应可以通过历史发电数据、实测数据、未来天气预测数据，对分布式发电进行短期、短期发电功率预测，并展示合格率及误差分析。根据功率预测可进行人工输入或者自动生成发电计划，便于用户对该系统新能源发电的集*管控。

图14光伏预测界面

5.1.7策略配置

系统应可以根据发电数据、储能系统容量、负荷需求及分时电价信息，进行系统运行模式的设置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期计划、需量控制、防逆流、有序充电、动态扩容等。

具体策略根据项目实际情况（如储能柜数量、负载功率、光伏系统能力等）进行接口适配和策略调整，同时支持定制化需求。

图16策略配置界面

5.1.8运行报表

应能查询各子系统、回路或设备*时间的运行参数，报表*显示电参量信息应包括：各相电流、三相电压、功率因数、有功功率、无功功率、正向有功电能、尖峰平谷时段电量等。

图17运行报表

5.1.9实时报警

应具有实时报警功能，系统能够对各子系统*的逆变器、双向变流器的启动和关闭等遥信变位，及设备内部的保护动作或事故跳闸时应能发出告警，应能实时显示告警事件或跳闸事件，包括保护事件名称、保护动作时刻；并应能以弹窗、声音、短信和等形式通知相关人员。

图18实时告警

5.1.10历史事件查询

应能够对遥信变位，保护动作、事故跳闸，以及电压、电流、功率、功率因数、电芯温度（锂离子电池）、压力（液流电池）、光照、风速、气压越限等事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析。

图19历史事件查询

5.1.11电能质量监测

应可以对整个微电网系统的电能质量包括稳态状态和暂态状态进行持续监测，使管理人员实时掌握供电系统电能质量情况，以便及时发现和消除供电不稳定因素。

1）在供电系统主界面上应能实时显示各电能质量监测点的监测装置通信状态、各监测点的A/B/C相电压畸变率、三相电压不平衡度*和正序/负序/零序电压值、三相电流不平衡度*和正序/负序/零序电流值；

2）谐波分析功能：系统应能实时显示A/B/C三相电压谐波畸变率、A/B/C三相电流谐波畸变率、奇次谐波电压畸变率、奇次谐波电流畸变率、偶次谐波电压畸变率、偶次谐波电流畸变率；应能以柱状图展示2-63次谐波电压含有率、2-63次谐波电压含有率、0.4～63.4次间谐波电压含有率、0.4～63.4次间谐波电流含有率；

3）电压波动与闪变：系统应能显示A/B/C三相电压波动值、A/B/C三相电压短闪变值、A/B/C三相电压长闪变值；应能提供A/B/C三相电压波动曲线、短闪变曲线和长闪变曲线；应能显示电压偏差与频率偏差；

4）功率与电能计量：系统应能显示A/B/C三相有功功率、无功功率和视在功率；应能显示三相有功功率、无功功率、视在功率和功率因素；应能提供有功负荷曲线，包括日有功负荷曲线（折线型）和年有功负荷曲线（折线型）；

4）电压暂态监测：在电能质量暂态事件如电压暂升、电压暂降、短时*断发生时，系统应能产生告警，事件能以弹窗、闪烁、声音、短信、等形式通知相关人员；系统应能查看相应暂态事件发生前后的波形。

6）电能质量数据统计：系统应能显示1min统计整2h存储的统计数据，包括均值、*值、*值、94%概率值、方均根值。

7）事件记录查看功能：事件记录应包含事件名称、状态（动作或返回）、波形号、越限值、故障持续时间、事件发生的时间。

图20微电网系统电能质量界面

5.1.12遥控功能

应可以对整个微电网系统范围内的设备进行远程遥控操作。系统维护人员可以通过管理系统的主界面完成遥控操作，并遵循遥控预置、遥控返校、遥控执行的操作顺序，可以及时执行调度系统或站内相应的操作命令。

图21遥控功能

5.1.13曲线查询

应可在曲线查询界面，可以直接查看各电参量曲线，包括三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、功率因数、SOC、SOH、充放电量变化等曲线。

图22曲线查询

5.1.14统计报表

具备定时抄表汇统计功能，用户可以自由查询自系统正常运行以来任意时间段内各配电节点的发电、用电、充放电情况，即该节点进线用电量与各分支回路消耗电量的统计分析报表。对微电网与外部系统间电能量交换进行统计分析；对系统运行的节能、收益等分析；具备对微电网供电可靠性分析，包括年停电时间、年停电次数等分析；具备对并网型微电网的并网点进行电能质量分析。

图23统计报表

5.1.15网络拓扑图

系统支持实时监视接入系统的各设备的通信状态，能够完整的显示整个系统网络结构；可在线诊断设备通信状态，发生网络异常时能自动在界面上显示故障设备或元件及其故障部位。

图24微电网系统拓扑界面

本界面主要展示微电网系统拓扑，包括系统的组成内容、电网连接方式、断路器、表计等信息。

5.1.16通信管理

可以对整个微电网系统范围内的设备通信情况进行管理、控制、数据的实时监测。系统维护人员可以通过管理系统的主程序右键打开通信管理程序，然后选择通信控制启动所有端口或某个端口，快速查看某设备的通信和数据情况。通信应支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-4-101、IEC60870-4-103、IEC60870-4-104、MQTT等通信规约。

图24通信管理

4.1.17用户权限管理

应具备设置用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如遥控操作，运行参数修改等）。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。

图26用户权限

4.1.18故障录波

应可以在系统发生故障时，自动准确地记录故障前、后过程的各相关电气量的变化情况，通过对这些电气量的分析、比较，对分析处理事故、判断保护是否正确动作、提高电力系统安全运行水平有着重要作用。其*故障录波共可记录16条，每条录波可触发6段录波，每次录波可记录故障前8个周波、故障后4个周波波形，录波时间共计46s。每个采样点录波至少包含12个模拟量、10个开关量波形。

图27故障录波

4.1.19事故追忆

可以自动记录事故时刻前后一段时间的所有实时扫描数据，包括开关位置、保护动作状态、遥测量等，形成事故分析的数据基础。

用户可自定义事故追忆的启动事件，当每个事件发生时，存储事故前10个扫描周期及事故后10个扫描周期的有关点数据。启动事件和监视的数据点可由用户随意修改。

5.2硬件及其配套产品

6结束语

在科学技术不断发展的背景下，光伏发电储能充电一体化技术逐步在我国得到普及。在新能源技术、电动汽车日益成为人们工作、生活的技术及出行方式的背景下，技术人员更应加大对光伏发电储能充电一体化技术的研究与利用，把握技术要点，打造高水平的电力能源生产与供给模式。文章通过对光伏发电储能充电一体化技术的应用展开探讨，为相关领域提供了一定的参考。在未来，光伏发电储能充电一体化技术将会实现进一步发展，并在相关领域发挥越来越大的作用，因此技术人员应秉持终身学的意识，加强对光伏发电储能充电一体化技术发展动向的关注，充分发挥光伏发电储能充电一体化技术的应用优势，促进相关产业的技术进步与整体发展。

【参考文献】

【1】戴淼.光伏发电储能充电一体化技术的应用分析

【2】安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.04版.

【3】杨猛.光储充一体化电动汽车充电站容量配置及综合效益研究[D].北京:华北电力大学, 2020